Vi chiederanno sempre tanti soldi per acquistare un Balun, un UNUN o che altro, prospettando mirabolanti ferriti con mix segreti, riservati a pochi rivenditori….
Niente di piu’ fuorviante! Fatevi a casa i vostri balun, scegliendo le dimensioni e il tipo di ferrite tra quelli facilmente disponibili per l’acquisto.
L’accrocco che si vede in foto e’ un trasformatore di impedenza 2.6:1 (si, avete letto bene, circa tre:uno) da me montato diversi anni fa per adattare a 50 Ohm il mio dipolo OCF (windom) installato troppo basso per poter usare l’usuale 4:1 (200 Ohm a 50 Ohm)
Non e’ un Balun, non e’ un UN:UN, ma e’ un trasformatore a larga banda …. ma che differenza c’e’ ?
Partiremo da qui per una carrellata sui vari tipi di “oggetti elettrici” che permettono di adattare un’ impedenza e/o di accoppiare un’antenna a una linea di trasmissione.
Balun e UnUn
Balun (a volte pronunciato e anche scritto BALUM o BALOON come se fosse il nome di un clown del circo), e’ l’abbreviazione di Balanced-UnBalanced:
IL CLOWN BALUM 
UN VERO BALUN 
TORODI IN FERRITE 
BALUN IN ARIA
LE VARIE TIPOLOGIE
BALUN
Un balun (BAL-UN) effettua un adattamento tra una porta bilanciata e un’altra sbilanciata, o viceversa.
A sua volta un balun puo’ essere un balun in corrente (forza la stessa corrente sui rami dell’uscita bilanciata) o un balun in tensione (forza la stessa tensione sui due rami della linea). Generalmente i balun in tensione sono realizzati come “Ruthroff balun”. (Articolo sui Ruthroff balun QUI).
Un esempio di classico voltage balun e’ il trasformatore ideale. Questo ad es. e’ un voltage balun 1:1 (notare il verso delle correnti):
I Balun, cosi’ come pure gli UnUn, effettuano anche una trasformazione di impedenza tra una porta e l’altra (ad es.: 1:1 , 2:1, 4:1, 9:1 , etc.)
Attenzione, pero’: i balun (e gli UnUn) operano correttamente la trasformazione di impedenza solo se le impedenze in ingresso e in uscita sono quelle per cui la linea di trasmissione e’ stata prevista e disegnata! Discorso diverso vale per un generico trasformatore di impedenza NON a linea di trasmissione, per il quale il corretto funzionamento e’ limitato dalla caratteristica del materiale del nucleo.
Esempio: un balun a linea di trasmissione fatto per trasformare 200 Ohm in 50 Ohm (4:1), NON funziona correttamente per trasformare 600 Ohm in 125 Ohm.
Questo perche’ l’avvolgimento di impedenza caratteristica Zt, costruito secondo il principio delle linee di trasmissione, deve rispettare un preciso rapporto di impedenze:
La trasformazione di impedenza non opera correttamente in presenza di forti componenti reattive sulle porte di ingresso e uscita.
Classico “trasformatore” generico, non avvolto come una linea di trasmissione, con un primario e un secondario, in cui valgono le leggi del trasformatore (ideale).
Non e’ necessario per la trasformazione di impedenza che ci sia un nucleo “magnetico”: la trasformazione di impedenza vale anche nel trasfo in aria (purche’ il primario e secondario siano sufficientemente accoppiati).
Per il rapporto di impedenze tra primario e secondario vale la solita legge del trasformatore :
cioe’, il rapporto delle impedenze e’ uguale al quadrato del rapporto spire.
Quindi possiamo ricavare le spire del secondario dato il numero spire del primario e il rapporto delle impdenze:
Esempio di balun in corrente : il Balun 1:1, detto choke balun. Non e’ altro che una impedenza messa in serie alla linea di trasmissione e opera in modo da forzare correnti uguali (e di segno opposto) sui due rami della linea.
Una importante conseguenza e’ che nel cavo coassiale connesso sulla porta non-bilanciata, la corrente che scorre sulla superficie esterna della calza viene fortemente attenuata.
Tale corrente e’ chiamata “di modo comune”.
Correnti di modo comune
La spiegazione del fenomeno, semplificando, e’ la seguente:
in un conduttore (nell’esempio, la calza del coassiale) le correnti scorrono sulla superficie. La calza del cavo si comporta quindi come due conduttori. In caso di sbilanciamento, sulla calza scorrono due correnti, una corrente sulla superficie esterna e una sulla superficie interna.
La corrente sulla superficie interna insieme a quella sul centrale del cavo formano la corrente di modo differenziale, uguali e contrarie nella direzione.
La corrente sulla superficie esterna non e’ compensata da nessuna corrente uguale e di verso contrario, pertanto scorre sulla calza e modifica i lobi di radazione dell’antenna, oltre al fatto che induce correnti RF in stazione (sul microfono, la radio, etc.)
Il Balun 4:1 in corrente
ATTENZIONE : Il balun in corrente Guanella 4:1 DEVE essere avvolto su due nuclei separati. In internet si trovano progetti di Guanella 4:1 che usano UN solo nucleo. Si puo’ dimostrare (anche con appropriate misurazioni) che tale implementazione NON e’ corretta. A questo proposito si legga l’articolo di owenduffy.net : “4:1 current balun – identifying bad ones”
Esempio costruttivo del Guanella 4:1
Note costruttive
Per Windom o OCF Balun con impedenza 200 Ohm :
Ricetta 1 : Guanella balun 4:1 con almeno 12 – 14 spire bifilari per ciascun toroide, o di coassiale in teflon. Ferrite : FT240-43
Ricetta 2 : Balun Ibrido (hybrid balun), formato da un voltage balun 4:1 seguto da un current balun 1:1 a cui si collega il coassiale a 50 Ohm
Per il voltage balun, 12 spire su FT240-61 o 43, e per il choke 1:1, 12 spire su FT240-43 oppure 10 spire su FT240-31
Articoli originali (in inglese) sui vari tipi di balun:
- Wikipedia
- k5wtr – Balun
- Basic Baluns (articolo ormai quasi irreperibile)
Adattamento di impedenza con trasformatore convenzionale
Esempio pratico per un dipolo OCF con impedenza nel punto di alimentazione diversa dai canonici 100 -200 – 450 Ohm, ovvero a rapporti non interi su 50 Ohm.
Riprediamo la foto dell’accrocco a inizio pagina….
Esso e’ formato da un trasformatore di impedenza 2.6 : 1 a banda larga su ferrite, con in serie un choke balun 1:1 su un doppio toroide FT140-43
Il trasformatore e’ realizzato con due ferriti tubolari di materiale 43, come si usa nei trasfo di impedenza degli amplificatori lineari RF
Perche’ questo schema ?
L’impedenza nel punto di alimentazione di un dipolo alimentato fuori centro (OCF Off-Center-Balun) in rapporto 33% (lato corto / Lunghezza totale), dipende dall’altezza. Idealmente sarebbe circa 200 – 300 Ohm. Ma se il dipolo e’ basso, si avranno circa 130 Ohm.
La figura e’ tratta dall’ ottimo articolo :
https://rsars.files.wordpress.com/2013/01/study-of-the-ocf-dipole-antenna-g8ode-iss-1-31.pdf
Come adattare a 50 Ohm? Supponendo 130 Ohm, il rapporto sara’ 130/50, cioe’ 2.6 : 1
Usiamo la formula del trasformatore ideale. Quante spire scegliamo per il primario?
Alla frequenza piu’ bassa, 7 MHz, la reattanza XL dovra’ essere almeno 130×5 = 650 Ohm. Poniamo 700.
Usando un la ferrite 43 come per due toroidi T140, ci vorranno : 5 spire .
sqrt(50 / 120) = x / 5 da cui x = 3 (tagliando le cifre decimali)
Quindi avremo 5 spire al primario e 3 spire al secondario (lato coassiale). Adottando due ferriti tubolari incollate come nell’esempio, il rapporto spire sostanzialmente non cambia ma avremo piu’ margine di sicurezza per la potenza che puo’ sopportare il nucleo.
Per il choke, useremo due FT-140-43 con avvolte 12 spire di filo di rame smaltato attorcigliate a formare una linea bifilare. Vanno bene anche 12 spire di coassiale in teflon tipo RG-178.
Per stabilire il numero delle spire per il choke balun ci basiamo sul valore dell’ impedenza che deve presentare alla corrente di modo comune. Un valore di partenza puo’ essere almeno 1000 Ohm alla frequenza piu’ bassa, 7 MHz.
Nella figura seguente si puo’ vedere il confronto dell’andamento del ROS tra il dipolo OCF con balun 4:1 tradizionale (curva verde) e la curva di colore blu usando il trasformatore di impedenza a larga banda appena descritto:
UN-UN
Effettua una trasformazione tra due porte sbilanciate. Applicazioni tipiche per il radioamatore
- UnUn 4:1 per antenna canna da pesca (detta Ribakov = filo verticale, senza apparente piano di terra) cioe’ collegamento
canna da pesca —-> cavo coassiale
L’Antenna “canna da pesca”, la verticale dei poveri
Nonostante quest’antenna sia molto comune, NON e’ affatto detto che funzioni sempre bene. Dipende dalla impedenza presentata alla base del filo, e quindi dalla lunghezza elettrica dell’antenna stessa.
Schema di UN-UN spesso usato nelle antenne verticali “canna da pesca”.
Questo tipo di trasformatore effettua una trasformazione di impedenza 4:1 (200 Ohm verso 50 Ohm). Dato che all’ estremita’ di alimentazione della canna da pesca l’impedenza dipende fortemente dalla sua lunghezza, e’ evidente che l’UN:UN 4:1 puo’ essere utile solo in determinate situazioni.
La sua funzione dovrebbe essere quella di abbassare i valori di impedenza per renderli gestibili dall’acccordatore della radio…..ma spesso non va proprio così…..perchè? (vedi QUI).
La sua efficienza dipende dal materiale del nucleo usato e dal numero di spire.
UN:UN 1:1 – Current Choke per bloccare le correnti di modo comune nel cavo coassiale
Esempio di applicazione di un balun 1:1 (choke) per bloccare le correnti di modo comune sul cavo coassiale. Perche’ ci sono correnti di modo comune sulla calza del coassiale ? Leggi QUI.
Dipolo (Bilanciato) —-> Coassiale sbilanciato
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oVo
Ferriti
Le ferriti piu’ usate dai radioamatori sono solitamente di due tipi.
Ferriti per circuiti risonanti, in polvere di ossidi di ferro sinterizzate, o ferriti in pulviferro. Esempi tipici:
T200 – 2 (colore rosso, 1-30 MHz)
T200 – 6 (colore giallo, 6-50 Mhz)
Tx : il numero dopo la T si riferisce al diametro in mils. Il numero successivo si riferisce al tipo di materiale.
Ferriti per trasformatori di impedenza a larga banda, costituite con mescola di Ferro, Manganese, Zinco o Magnesio, ferriti propriamente dette.
Esempi tipici:
FT240 – 41 (3,5 – 14 MHz)
FT240 – 61 (14-30 Mhz)
FT240 – 31 (materiale usato quasi esclusivamente per choke balun)
FTx : il numero dopo FT si riferisce al diametro in mils
Per dettagli sulle ferriti, vedi l’articolo dedicato ….QUI
E per concludere l’articolo…..
“Meglio un cane radioamatore di un radioamatore cane”
IZ0IRH ~ Radioattivita' e altre storie 